焊接结构课程设计.doc

课程设计用纸目录前言3第一章 设计参数的选择4一、乙烯的特性4二、设计要求与数据5第二章 设备结构设计7二、封头厚度的计算8三、核算承载能力并选择鞍座8四、人孔的选择10五、接管、法兰、垫片和螺栓（柱）10六、选配工艺接管12第三章 贮罐制造工艺13一 焊接方法的确定13二 焊接工艺流程16第4章 埋弧自动焊机及其他装置的确定18一 埋弧自动焊18二 焊接其他装置18设计体会19参考文献20前言储罐是焊接压力容器的一种，它在生产中很常见，对于目前的社会生活条件来说，储罐在生产中的使用还是不可取代的，同时作为一种压力容器，在使用过程中的安全问题非常的重要，在焊接生产一定要严格要求。因此，储罐结构设计和自动化生产焊接装置的设计还是有着重要的意义。本次课程设计主要是进行乙烯储罐结构的特点分析、储罐设计方案的选定、焊接方法和参数的制定、焊接工艺的制定以及焊接装置的分析设计等，从而对焊接结构生产及装备特点及应用有初步的了解，对焊接生产实践有一定的认识，为以后的学习和工作做一定的铺垫。因此，做好本次课程设计是非常有必要的，不仅是对本学期以及以前知识的巩固，而且也相当于一次工作的实践。第一章 设计参数的选择一、乙烯的特性乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物。两个碳原子之间以双键连接。乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）、合成乙醇（酒精）的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、乙醇和炸药等.外观与性状： 无色气体，略具烃类特有的臭味。 少量乙烯具有淡淡的甜味。 pH：水溶液是中性 熔点()： -169.4 沸点()： -103.9 相对密度(水=1)： 0.61 相对蒸气密度(空气=1)： 0.98 饱和蒸气压(kPa)： 4083.40(0) 燃烧热(kJ/mol)：1411.0 临界温度()： 9.2 临界压力(MPa)： 5.04 辛醇/水分配系数的对数值： 无资料 闪点(fp)： 无意义 引燃温度()： 425 爆炸上限%(V/V)： 36.0 爆炸下限%(V/V)： 2.7 溶解性： 不溶于水，微溶于乙醇、酮、苯，溶于醚。溶于四氯化碳等有机溶剂。 其它理化性质： 可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应，乙烯作为还原剂，被氧化成二氧化碳。酸性高锰酸钾被还原而褪色。危险性类别： 侵入途径： 吸入 健康危害： 具有较强的麻醉作用。急性中毒：吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失，无明显的兴奋期，但吸入新鲜空气后，可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。慢性影响：长期接触，可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。 环境危害： 对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染。 燃爆危险： 本品易燃。二、设计要求与数据1、设计题目：卧式乙烯储罐2、原始数据：公称直径Di（mm）1600, 长度L(mm)3450,最高工作压力Pmax(Mpa)2.2 ，设计压力P=2.21.1=2.42Mpa3、 操作温度：40 4、介质名称：乙烯5、储罐容积：96、主要元件材料的选择：根据GB150-19981表4-1，选用筒体材料为16MnR（钢材标准为GB6654）。根据JB/T47312,鞍座选用材料为Q235-B，其许用应力。地脚螺栓选用符合GB/T 700规定的Q235，Q235的许用应力表1：设计数据序号项目数值单位备注1名称液化乙烯卧式储罐2最大工作压力2.2MPa3工作温度404公称直径1600mm5筒体长度3450mm6容积97贮存介质液化乙烯8其他要求100%无损检测 第二章 设备结构设计一、圆筒厚度的设计已知Di=1600mm，L=3450mm，P=2.2MPa，在操作温度-540的范围内，估计筒体壁厚大约为16mm，在常用容器钢板（管）许用应力表中按设计温度40，板厚616mm间插值取得焊接接头采用V坡口双面焊接,采用全部无损检测,其焊接接头系数由焊接接头系数表查得=1.00。钢板负偏差由钢板厚度负偏差表查得C1=0.8 mm；乙烯的腐蚀裕量由壳体、封头腐蚀裕量表查得C2=1 mm。乙烯储罐是内压薄壁容器，按公式计算筒体的设计厚度为（3-1）根据钢板的厚度规格，查钢板的常用厚度表，圆整为n=14mm二、封头厚度的计算公称直径选用标准椭圆形封头，长短轴比值为2，计算中式为 (3-2)同上，取.8mm，则封头的名义厚度为圆整后取为 可见，和筒体同厚。三、核算承载能力并选择鞍座首先粗略计算鞍座负荷。储罐总质量：，式中罐体的质量，Kg封头的质量，Kg乙烯的质量，Kg附件的质量，Kg1. 罐体质量W1：DN=1600mm，mm的筒节，每米质量为，故；2、 封头的质量W2：DN=1600mm，mm，直边高度h=40mm的椭圆形封头，其质量为，故；3、乙烯的质量W3:由于，式中，为装料系数；V为贮罐体积，；为乙烯的密度，所以；4、其他附件质量W4: 人孔约200kg，其他接口管总和按300kg计，故；5、 设备总质量W:每个鞍座只承受约34.72kN负荷，所以选用轻型带垫板包角为120的鞍座即：JB/T4712-92 鞍座A1600-F; JB/T4712-92 鞍座A1600-S因为当外伸长度A=0.207L时，双支座跨距中间截面的最大弯矩和支座截面处的弯矩绝对值相等，从而使上述两截面上保持等强度，考虑到支座截面处除弯矩以外的其他载荷，面且支座截面处应力较为复杂，故常取支座处圆筒的弯矩略小于跨距中间圆筒的弯矩，通常取尺寸A不超过0.2L值，为此中国现行标准JB 4731钢制卧式容器规定A0.2L，A最大不超过0.25L.否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头的性质及查表可得，其直边高度h=40mm。表2：鞍式支座结构尺寸公称直径DN2000腹板14垫板350允许载荷Q/kN92筋板33010鞍座高度h250190e80底板1420260螺栓间距126022012螺孔/孔长D/l24/4016垫板弧长2330鞍座质量Kg500四、人孔的选择根据储罐是在常温下及最高工作压力为2.2 MPa的条件下工作,人孔的标准按公称压力为2.2 MPa等级选取，考虑到人孔盖直径较大较重,故选用水平吊盖人孔，该人孔结构中有吊钩和销轴，检修时只须松开螺栓将盖板绕轴旋转一个角度，由吊钩吊住，不必将盖板取下。该人孔标记为：HG20592 法兰WN4502.2 TG Q235A 人孔的筒体尺寸为53010，由标准查得补强圈尺寸为：内径Di=484mm外径Do=760mm，开孔补强的有关计算参数如下：考虑到罐体与人孔筒节均有一定的壁厚裕量，故补强圈取20mm厚五、接管、法兰、垫片和螺栓（柱）1接管和法兰查HG/T 20592-20096中表8.2 3-1 PN带颈对焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。查6中附录D中表D-3,得各法兰的质量。查6中表3.2.2，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。2垫片垫片尺寸为50mm,包覆金属材料为纯铝板，标准为GB/T 3880，代号为L3。填充材料为有机非石棉纤维橡胶板。垫片厚度均为3mm。3螺栓（螺柱）的选择查HG/T 20613-20098中表5.0.7-11和附录中表A.0.1,得螺柱的长度和平垫圈尺寸如下表 螺栓及垫片名称紧固件用平垫圈 mm公称直径螺纹螺柱长H进料口50M169217303出料口50M169217303排污口80M169217303人孔450液位计口20M168517303温度计口20M127513242.5压力表口20M127513242.5安全阀口80M169217303排空口50M169017303六、选配工艺接管1、乙烯进料管采用无缝钢管YB231-70 504mm ,管的一端伸入罐切成45, 管长400 mm。配用带劲对焊法兰HG20592 法兰 WN502.2 RF Q235A。2. 乙烯出料管采用可拆的压出管504mm,伸入到罐内离罐底约100 mm,外套无缝钢管896mm(管壁加厚，具有补强作用),都配用带颈对焊管法兰即HG 20592 法兰 WN502.2FF Q235A。3. 排污管在罐的右端最底部设个排污管，规格是504mm，管端焊有与截止阀相配的HG 20592 法兰 WN502.2RF Q235A。排污管与罐体连接处焊有一厚度为10mm的补强圈。4. 安全阀接口管安全阀接口管尺寸由安全阀泄放量决定。本贮罐选用804mm的无缝钢管, HG 20592 法兰 WN802.2FF Q235A。5. 液面计接口管本贮罐采用玻璃管液面计 BIW PN1.6，L=1000mm，HG22780两支。与液面计相配的接口管尺寸为：203mm,管法兰采用HG 20592 法兰 WN202.2FF Q235A。6. 放空管接口管采用503.5mm无缝钢管，管法兰 HG20592 法兰 WN502.2FF Q235A。7、气相口采用503.5mm无缝钢管，管法兰 HG20592 法兰 WN502.2FF Q235A。8、水压试验及强度校核校核罐体与封头水压试验强度，根据：代入数据得：查表得厚度为16mm的16MnR钢板的钢材屈服极限故在常温水压试验时的许用应力为,故 因此满足水压试验要求。第三章 贮罐制造工艺一 焊接方法的确定本次设计贮罐由两个带直边的模压上、下封头组成，中间有一条环缝，批量生产且有一定的技术要求，根据所学知识及查阅资料可选择的焊接方法有熔化极氩弧焊、气体保护焊、自动埋弧焊这三种常见的焊接方法。1.熔化极氩弧焊优缺点与其它焊接方法相比，熔化极氩弧焊的特点有：（1）可以焊接几乎所有的金属。既可以焊接碳钢、合金钢、不锈钢，还可以焊接铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金等容易被氧化的非铁金属；（2）焊丝和电弧的电流密度大，焊丝熔化速度快，对母材的熔敷效率高，焊接生产率高；（3）与电弧焊相比，熔化极氩弧焊电弧状态稳定，容地过渡平稳，几乎不产生飞溅，熔透也较深；（4）由于惰性气体本质上不与熔化金属产生冶金反应。熔化极氩弧焊的不足：（1）由于使用氩气保护，焊接成本比电弧焊高，生产效率也低于电弧焊；（2）焊接准备工作要求严格，包括对焊接材料的清理和焊接区的清理等。（3）厚板焊接中的封底焊焊缝成形质量不是很好。2.气体保护焊与其它焊接方法相比，气体保护焊的特点有：（1）焊接生产率高；（2）焊接成本低；（3）焊接能耗低；（4）适用范围广，可采用自动焊或半自动焊对任何角度、任何位置、任何长度及复杂的曲面焊缝都可焊接；（5）焊缝含氢量低，抗裂纹性好；（6）焊后不需清渣，明弧焊接便于监视，有利于机械化操作；（7）焊接保护效果好。气体保护焊的缺点和不足：（1）焊不能用于非铁金属的焊接，只能用于低碳钢和低合金钢等黑色金属的焊接；（2）焊熔滴过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大；（3）焊产生很大的烟尘，操作环境不好。3.埋弧焊与其它焊接焊接方法相比，埋弧焊有如下优势：（1）焊接生产率高；（2）焊接金属的品质良好、稳定；（3）焊接外观非常美观；（4）焊接成本低；（5）操作环境好。埋弧焊存在的问题：（1）设备费用高；（2）对坡口精度要求高；（3）焊接姿势受到限制；（4）适用于碳素钢、低合金钢、不锈钢等材料的焊接，有色金属焊接困难；（5）焊缝金属的冲击韧性普遍不好；（6）主要用于自动焊、长缝焊、中等以上厚度板的焊接。通过上面三种焊接方法的优缺点对比，熔化极氩弧焊对焊接坡口精度要求较高而且成本较高，焊需要焊前打底焊较麻烦而且焊接生产环境不好，相比之下选择埋弧自动焊接比较合适，在内部加衬垫焊接，适合于大批量生产而且焊缝质量较好。二 焊接工艺流程（1）坡口上、下封头的焊接采用对接接头，为保证环焊缝开设60的正面V形坡口，在贮罐内部装上衬垫，用手工电弧焊完成封头的定位焊接和衬垫与筒体的连接，装配时间隙为01mm，如图2-4。然后清理干净手工电弧焊药皮，并且将焊点用磨光机打磨平整。图2-4 瓶体焊坡口及衬垫（2）焊前准备焊前，坡口两侧各10mm范围内的铁锈，应打磨干净，露出金属光泽。用丙酮清洗坡口附近的油污。焊剂和焊条按规定烘干，300350保温2h。注意焊剂中不要混入铁屑、碎石等杂物。不要强行组装，避免应力过大；引弧板要对齐焊缝，地线连接牢固。（3）焊接材料埋弧自动焊时焊丝选用H10Mn2，直径4mm；定位焊及衬垫的焊接的焊条为J507.埋弧焊焊剂选用SJ101烧结焊剂。（4）工艺参数筒体的设计厚度为6mm，开V形坡口，由于埋弧焊焊接板厚较厚，可只焊接一道。查表6-17得，埋弧自动焊工艺参数如表2-1。表2-1 埋弧自动焊工艺参数板厚/mm焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度cm/min6458060031323540对于该设计民用贮罐埋弧自动焊具体焊接速度为36 cm/min。第4章 埋弧自动焊机及其他装置的确定一 埋弧自动焊1. 焊接接头的选择根据上面2.2.2设计选择的埋弧自动焊接参数，参照7表3-1国产埋弧自动焊机主要技术数据，选择MZ2-1000。送丝方式：等速送丝；焊接电流/A：4001500；焊接直径/mm：36；送丝速度/mh：28.5225；焊接速度/m/h：13.4112；焊接电流种类：交流或直流；送丝速度调节方法：调换齿轮。2. 焊接机头附属装置为了保证焊接时，焊接机头的正常工作还需要安装有附属装置，因此，焊接机头上还应该安装有焊剂漏斗、焊丝盘、控制箱、焊剂回收装置等等。二 焊接其他装置为了使贮罐的焊接准确性和稳定性，一套完整的焊接装置还应该有焊接装置的机身、整个装置的基座、焊接滚轮架的升降台、上料平台、输料平台、卸料架等，这些机架都可用型钢焊接，减少焊接装置的成本和重量。设计体会课程设计是培养学生综合运用所学知